RU2805961C1

RU2805961C1 - Plant for production of grain molasses

Info

Publication number: RU2805961C1
Application number: RU2023110394A
Authority: RU
Inventors: Петр Алексеевич Савиных; Владимир Аркадьевич Казаков; Сергей Юрьевич Булатов; Владимир Николаевич Нечаев; Евгений Тимофеевич Парьев; Иван Валерьевич Копылов
Filing date: 2023-04-24
Publication date: 2023-10-24

Abstract

FIELD: agricultural production.

SUBSTANCE: used in animal husbandry for preparation of liquid feed with a high sugar content. The plant consists of a container with a temperature sensor and a control valve, pipelines with the required number of valves and gates connecting the installation units into a single water circuit, and a centrifugal pump for circulating liquid through the water circuit of the plant. On the suction pipe of the centrifugal pump, a removable passive cavitator-disperser is installed in the water circuit to heat the process fluid passing through it and grind the grain. On the inner cylindrical surface of the cavitator-disperser, pins are mounted radially in a spiral, and a ceramic ring heater is installed on the outer surface.

EFFECT: improving the productivity of the plant and reducing the power capacity of the feed preparation process.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в животноводстве для приготовления жидких кормов с высоким содержанием сахаров. The invention relates to agriculture and can be used in animal husbandry for the preparation of liquid feed with a high sugar content.

Из уровня техники известен способ приготовления патоки из зерна злаковых культур [патент на изобретение RU №2656 962 C1 МПК A23K 10/30, A23K 20/189], осуществляемый технологической линией из нескольких машин: установки для получения патоки, плющилки зерна, нории и включающий подачу зерна на предварительную обработку, выгрузку обработанного зернового материала в бункер-накопитель, дозированную загрузку в емкость установки для получения патоки, заполненную необходимым количеством воды с растворенным в ней ферментом, постоянно циркулирующей по замкнутому водяному контуру установки. Зерно для предварительной обработки подают на плющение вальцовой плющилкой зерна. Циркуляцию водяной смеси в установке для получения патоки осуществляют центробежным насосом, а для разогрева смеси воды с растворенным в ней ферментом и плющеным зерном до оптимальной для ферментации температуры направляют ее в пассивный кавитатор, встроенный в водяной контур установки. К недостаткам линии для реализации данного способа следует отнести относительно большой набор машин и, как следствие, большие габариты, а установка для приготовления патоки рассчитана на переработку измельченного зерна (в ее конструкции не предусмотрен диспергатор) Также недостатком линии являются относительно большие энергозатраты на приготовление патоки.A method of preparing molasses from cereal grains is known from the prior art [patent for invention RU No. 2656 962 C1 MPK A23K 10/30, A23K 20/189], carried out by a technological line of several machines: installations for producing molasses, grain crushers, elevators and including supplying grain for pre-treatment, unloading the processed grain material into a storage hopper, dosed loading into the container of the installation for producing molasses, filled with the required amount of water with the enzyme dissolved in it, constantly circulating through the closed water circuit of the installation. The grain for pre-treatment is fed for flattening using a roller grain conditioner. The circulation of the water mixture in the installation for producing molasses is carried out by a centrifugal pump, and to heat the mixture of water with the enzyme dissolved in it and flattened grain to the optimal temperature for fermentation, it is sent to a passive cavitator built into the water circuit of the installation. The disadvantages of the line for implementing this method include a relatively large set of machines and, as a result, large dimensions, and the installation for preparing molasses is designed for processing crushed grain (its design does not provide a dispersant). Also, the disadvantage of the line is the relatively high energy consumption for preparing molasses.

Известна установка для получения патоки из зерна злаковых культур [патент на изобретение RU №2669297 C2 МПК C12M 1/02], которая по своей технической и технологической сущности является наиболее близкой к предлагаемому изобретению и поэтому принимается за прототип. Установка содержит емкость, центробежный насос, диспергатор, кавитатор, трубопроводы с необходимым количеством кранов и задвижек. На всасывающем патрубке насоса смонтированы параллельно друг другу с возможностью переключения направления потока жидкости два трубопровода: трубопровод с пассивным диспергатором для измельчения проходящего через него цельного зерна, и трубопровод с кавитатором для разогрева жидкости. В зависимости от вида исходного зерна получаемая в емкости установки смесь воды, фермента и зерна подается в технологически необходимый трубопровод. Недостатками установки является сложность конструкции, относительно высокие металлоемкость и удельные энергозатраты на процесс получения корма.There is a known installation for producing molasses from cereal grains [patent for invention RU No. 2669297 C2 MPK C12M 1/02], which in its technical and technological essence is closest to the proposed invention and is therefore taken as a prototype. The installation contains a container, a centrifugal pump, a dispersant, a cavitator, pipelines with the required number of taps and valves. On the suction pipe of the pump, two pipelines are mounted parallel to each other with the ability to switch the direction of liquid flow: a pipeline with a passive dispersant for grinding whole grain passing through it, and a pipeline with a cavitator for heating the liquid. Depending on the type of initial grain, the mixture of water, enzyme and grain obtained in the installation tank is supplied to the technologically necessary pipeline. The disadvantages of the installation are the complexity of the design, relatively high metal consumption and specific energy consumption for the process of obtaining feed.

Задачей изобретения является разработка установки для производства зерновой патоки, обеспечивающей за счет своего конструктивного исполнения и применения новых узлов и деталей уменьшение металлоемкости и упрощение конструкции установки, снижение времени нагрева технологической жидкости и за счет этого повышение производительности установки для производства патоки, а также уменьшение энергоемкости процесса приготовления корма.The objective of the invention is to develop an installation for the production of grain molasses, which, due to its design and the use of new components and parts, ensures a reduction in metal consumption and simplification of the installation design, a reduction in the heating time of the process fluid and thereby increasing the productivity of the installation for the production of molasses, as well as reducing the energy intensity of the process preparing feed.

Поставленную задачу решает предлагаемое изобретение - установка для производства зерновой патоки.The proposed invention solves the problem - an installation for the production of grain molasses.

Установка для производства зерновой патоки, состоящая из емкости с датчиком температуры и контрольным краном, трубопроводов с необходимым количеством кранов и задвижек, соединяющих узлы установки в единый водяной контур, центробежного насоса для циркуляции жидкости по водяному контуру установки, отличающаяся тем, что на всасывающем патрубке центробежного насоса в водяной контур установлен съемным пассивный кавитатор-диспергатор для разогрева проходящей через него технологической жидкости и измельчения зерна, на внутренней цилиндрической поверхности которого радиально по спирали смонтированы штифты, а на внешней поверхности кавитатора-диспергатора установлен нагревательный элемент - керамический кольцевой нагреватель.An installation for the production of grain molasses, consisting of a container with a temperature sensor and a control valve, pipelines with the required number of valves and valves connecting the installation units into a single water circuit, a centrifugal pump for circulating liquid along the water circuit of the installation, characterized in that on the suction pipe of the centrifugal pump, a removable passive cavitator-disperser is installed in the water circuit to heat the process fluid passing through it and grind the grain, on the inner cylindrical surface of which pins are mounted radially in a spiral, and on the outer surface of the cavitator-disperser a heating element is installed - a ceramic ring heater.

Сущность изобретения заключается в следующем.The essence of the invention is as follows.

В конструкцию установки для производства зерновой патоки внесены следующие изменения: вместо системы из двух трубопроводов, содержащих пассивный кавитатор и пассивный диспергатор, на всасывающем патрубке центробежного насоса устанавливают вмонтированный в водяной контур установки пассивный кавитатор-диспергатор, выполненный съемным. На внешней цилиндрической поверхности кавитатора-диспергатора установлен нагревательный элемент - керамический кольцевой нагреватель, к внутренней поверхности кавитатора-диспергатора радиально по спирали закреплены штифты.The following changes have been made to the design of the installation for the production of grain molasses: instead of a system of two pipelines containing a passive cavitator and a passive dispersant, a removable passive cavitator-disperser mounted in the water circuit of the installation is installed on the suction pipe of the centrifugal pump. A heating element - a ceramic ring heater - is installed on the outer cylindrical surface of the dispersant cavitator, and pins are fixed radially in a spiral to the inner surface of the dispersant cavitator.

Технологический процесс приготовления патоки начинается с дозированной загрузки зерна, цельного или дробленого, в емкость установки для получения патоки. Фермент, а затем зерно подаются в технологическую емкость установки, где они смешиваются с водой - таким образом получается технологическая жидкость (смесь воды, фермента и зерна, из которой в дальнейшем получается патока), которая забирается центробежным насосом и циркулирует по водяному контуру установки для производства патоки: в начале своего движения жидкость проходит пассивный кавитатор-диспергатор, преодолевая гидродинамические сопротивления, создаваемые его штифтами, за счет этого разогревается при многократном прохождении через данное устройство до технологически необходимой температуры 60°С. Керамический кольцевой нагреватель, закрепленный на наружной поверхности кавитатора-диспергатора, также участвует в нагреве жидкости и ускоряет его. При загрузке в установку цельного зерна при многократном проходе технологической жидкости через кавитатор-диспергатор частицы зерна, ударяясь о штифты устройства, постепенно измельчаются и становятся доступны ферментативным процессам, присущим приготовлению патоки. Таким образом в установке получают однородную (с измельченным зерном) технологическую жидкость, разогретую до температуры 60°С, - затем насос и нагреватель выключают, полученная смесь окончательно ферментируется и охлаждается в течение 1 часа - технологический процесс приготовления патоки завершен.The technological process of preparing molasses begins with dosed loading of grain, whole or crushed, into the container of the installation for producing molasses. The enzyme and then the grain are fed into the technological tank of the installation, where they are mixed with water - thus obtaining a process liquid (a mixture of water, enzyme and grain, from which molasses is subsequently obtained), which is taken up by a centrifugal pump and circulates through the water circuit of the production plant molasses: at the beginning of its movement, the liquid passes through a passive cavitator-dispersant, overcoming the hydrodynamic resistance created by its pins, due to this it is heated by repeated passage through this device to the technologically required temperature of 60°C. A ceramic ring heater mounted on the outer surface of the cavitator-dispersant also participates in heating the liquid and accelerates it. When whole grain is loaded into the installation with repeated passage of the process fluid through the cavitator-disperser, the grain particles, hitting the pins of the device, are gradually crushed and become available to the enzymatic processes inherent in the preparation of molasses. Thus, the installation produces a homogeneous (with crushed grain) process liquid, heated to a temperature of 60°C - then the pump and heater are turned off, the resulting mixture is finally fermented and cooled for 1 hour - the technological process of preparing molasses is completed.

В результате технического усовершенствования установки для производства патоки получены следующие положительные результаты и новизна. Совмещение в одном пассивном кавитаторе-диспергаторе функций двух устройств (измельчение зерна и нагрев жидкости - соответственно диспергатором и кавитатором - у прототипа) позволяет избежать применения в водяном контуре новой установки двух трубопроводов, что существенно упрощает ее конструкцию и снижает металлоемкость. Применение для дополнительного разогрева технологической жидкости керамического кольцевого нагревателя до необходимой температуры 60°С позволяет сократить время нагрева, и, как следствие, время работы насоса установки, мощность которого в несколько раз больше мощности нагревателя, что в конечном итоге приводит к снижению затрат энергии на приготовление зерновой патоки. Кроме того, снижение времени на разогрев технологической жидкости приведет к снижению времени всего технологического цикла производства патоки предлагаемой установкой, - т.е. увеличится ее производительность, т/ч. Установка керамического кольцевого нагревателя на трубу пассивного кавитатора-диспергатора позволяет более эффективно отбирать тепло от кольцевого нагревателя кавитационным потоком жидкости, образующимся в кавитаторе-диспергаторе, чем ламинарным потоком на других участках водяного контура установки производства зерновой патоки.As a result of the technical improvement of the installation for the production of molasses, the following positive results and novelty were obtained. Combining the functions of two devices in one passive cavitator-disperser (grinding grain and heating the liquid - respectively, by the dispersant and the cavitator - in the prototype) avoids the use of two pipelines in the water circuit of the new installation, which significantly simplifies its design and reduces metal consumption. The use of a ceramic ring heater for additional heating of the process fluid to the required temperature of 60°C allows to reduce the heating time, and, as a consequence, the operating time of the installation pump, the power of which is several times greater than the power of the heater, which ultimately leads to a reduction in energy costs for cooking molasses. In addition, reducing the time for heating the process fluid will lead to a reduction in the time of the entire technological cycle of molasses production by the proposed installation, i.e. its productivity will increase, t/h. Installation of a ceramic ring heater on the pipe of a passive cavitator-disperser allows heat to be more efficiently removed from the ring heater by the cavitation flow of liquid formed in the cavitator-disperser than by the laminar flow in other parts of the water circuit of the grain molasses production plant.

Таким образом, новая установка для производства зерновой патоки решает поставленные перед изобретением задачи: обеспечивает за счет своего конструктивного исполнения и применения новых узлов и деталей уменьшение металлоемкости и упрощение конструкции установки, снижение времени нагрева технологической жидкости и за счет этого повышение производительности установки для производства патоки, а также уменьшение энергоемкости процесса приготовления корма.Thus, the new installation for the production of grain molasses solves the problems set for the invention: due to its design and the use of new components and parts, it ensures a reduction in metal consumption and simplification of the installation design, a reduction in the heating time of the process fluid and thereby increasing the productivity of the installation for the production of molasses, as well as reducing the energy intensity of the feed preparation process.

На фигуре 1 приведена конструктивно-технологическая схема установки для производства зерновой патоки, на фигуре 2 - схема пассивного кавитатора-диспергатора предлагаемой установки.Figure 1 shows a design and technological diagram of an installation for the production of grain molasses; Figure 2 shows a diagram of the passive cavitator-disperser of the proposed installation.

Установка для получения зерновой патоки (фиг. 1) состоит из емкости 1 с датчиком температуры и контрольным краном 3, водяного контура 4 из труб различной конфигурации и диаметра, в который встроен центробежный насос 5 с приводом от электродвигателя 6; на всасывающий патрубок насоса 5 и в нижний трубопровод водяного контура 4 установлен съемным пассивный кавитатор-диспергатор I; в водяном контуре имеется кран 7 для вывода готового продукта с помощью крана 8, для слива жидкости предусмотрен кран 9; загрузка исходного сырья в емкость установки 1 осуществляется из бункера фермента 10 и бункера зерна 11. Пассивный кавитатор-диспергатор I (фиг. 2) выполнен съемным в виде трубы 12, в которой по спирали установлены штифты 13. На внешней поверхности трубы 12 кавитатора-диспергатора I установлен нагревательный элемент - керамический кольцевой нагреватель 14.The installation for producing grain molasses (Fig. 1) consists of a container 1 with a temperature sensor and a control valve 3, a water circuit 4 made of pipes of various configurations and diameters, into which a centrifugal pump 5 driven by an electric motor 6 is built; a removable passive cavitator-dispersant I is installed on the suction pipe of the pump 5 and in the lower pipeline of the water circuit 4; in the water circuit there is a tap 7 for removing the finished product using a tap 8; a tap 9 is provided to drain the liquid; loading of the feedstock into the container of the installation 1 is carried out from the enzyme hopper 10 and the grain hopper 11. The passive cavitator-disperser I (Fig. 2) is made removable in the form of a pipe 12, in which pins 13 are installed in a spiral. On the outer surface of the pipe 12 of the cavitator-disperser I installed heating element - ceramic ring heater 14.

Технологический процесс установки для производства зерновой патоки заключается в следующем. В емкость 1, предварительно заполненную разогретой до 40°С водой, из бункера 10 подают фермент и, после его перемешивания, например, цельное зерно из бункера 11, - при этом краны 3, 7, 9 закрыты, кран 8 открыт, центробежный насос 5 и керамический кольцевой нагреватель 14 включены. Поток смеси воды, зерна и фермента (технологическая жидкость) начинает циркулировать из емкости 1 по нижнему трубопроводу контура 4 через пассивный кавитатор-диспергатор I и далее через всасывающий патрубок центробежного насоса и сам насос 5, из него по верхнему трубопроводу водяного контура 4 в технологическую емкость 1, и так по кругу - начинается процесс ферментации (превращение крахмала зерна в сахар под действием растворенного в воде фермента) или технологический процесс получения зерновой патоки. Зерно в составе водяной смеси, многократно проходя через пассивный кавитатаор-диспергатор I и ударяясь о штифты 13, постепенно измельчается, а жидкость разогревается в устройстве I за счет происходящих в нем кавитационных процессов до технологически необходимой температуры 58…60°, при этом ее быстрейшему нагреву способствует установленный на внешней поверхности трубы 12 кавитатора-диспергатора I нагревательный элемент - керамический кольцевой нагреватель 14. После достижения жидкостью нужной температуры насос 5 и керамический кольцевой нагреватель 14 выключают, а ферментация для получения готовой патоки продолжается в течении 1…1,5 часа без движения жидкости. Выгружают произведенный корм через кран 7, закрыв кран 8 и включив насос 5.The technological process of the installation for the production of grain molasses is as follows. In container 1, pre-filled with water heated to 40°C, enzyme is supplied from hopper 10 and, after mixing it, for example, whole grain from hopper 11 - while taps 3, 7, 9 are closed, tap 8 is open, centrifugal pump 5 and the ceramic ring heater 14 are included. The flow of a mixture of water, grain and enzyme (process fluid) begins to circulate from tank 1 through the lower pipeline of circuit 4 through the passive cavitator-disperser I and then through the suction pipe of the centrifugal pump and the pump itself 5, from it through the upper pipeline of the water circuit 4 into the process tank 1, and so on in a circle - the fermentation process begins (the conversion of grain starch into sugar under the action of an enzyme dissolved in water) or the technological process of producing grain molasses. The grain in the water mixture, repeatedly passing through the passive cavitator-dispersant I and hitting the pins 13, is gradually crushed, and the liquid is heated in device I due to the cavitation processes occurring in it to the technologically required temperature of 58...60°, with its rapid heating facilitated by a heating element installed on the outer surface of the pipe 12 of the cavitator-disperser I - a ceramic ring heater 14. After the liquid reaches the desired temperature, the pump 5 and the ceramic ring heater 14 are turned off, and fermentation to obtain the finished molasses continues for 1...1.5 hours without movement liquids. The produced feed is unloaded through tap 7 by closing tap 8 and turning on pump 5.

Совмещение в одном пассивном кавитаторе-диспергаторе I установки функций двух устройств (диспергатора и кавитатора у прототипа) упрощает ее конструкцию и снижает металлоемкость. Применение для дополнительного разогрева технологической жидкости керамического кольцевого нагревателя 14 до необходимой температуры 60°С позволяет сократить время нагрева, и, как следствие, время работы насоса 5 установки, мощность которого в несколько раз больше мощности нагревателя, что в конечном итоге, приводит к снижению энергозатрат на приготовление зерновой патоки; уменьшение времени на разогрев технологической жидкости сокращает продолжительность всего технологического цикла производства патоки, - т.е. увеличится производительность предлагаемой установки, т/ч. Керамический кольцевой нагреватель 14 устанавливают на трубу 12 пассивного кавитатора-диспергатора I, что приводит к более эффективному отбору тепла от нагревателя 14 кавитационным потоком жидкости, образующемся в кавитаторе-диспергаторе I.Combining the functions of two devices (disperser and cavitator in the prototype) in one passive cavitator-disperser I installation simplifies its design and reduces metal consumption. The use of a ceramic ring heater 14 for additional heating of the process fluid to the required temperature of 60°C allows to reduce the heating time, and, as a consequence, the operating time of the pump 5 of the installation, the power of which is several times greater than the power of the heater, which ultimately leads to a reduction in energy costs for the preparation of grain molasses; reducing the time for heating the process fluid reduces the duration of the entire technological cycle of molasses production, i.e. the productivity of the proposed installation will increase, t/h. A ceramic ring heater 14 is installed on the pipe 12 of the passive cavitator-disperser I, which leads to more efficient heat removal from the heater 14 by the cavitation flow of liquid formed in the cavitator-disperser I.

Исходя из вышеизложенного, новая установка для производства зерновой патоки решает поставленные перед изобретением задачи: обеспечивает за счет своего конструктивного исполнения и применения новых узлов и деталей уменьшение металлоемкости и упрощение конструкции установки, снижение времени нагрева технологической жидкости и за счет этого повышение производительности установки для производства патоки, а также уменьшение энергоемкости процесса приготовления корма.Based on the above, the new installation for the production of grain molasses solves the problems set before the invention: due to its design and the use of new components and parts, it ensures a reduction in metal consumption and simplification of the installation design, a reduction in the heating time of the process fluid and thereby increasing the productivity of the installation for the production of molasses , as well as reducing the energy intensity of the feed preparation process.

Claims

An installation for the production of grain molasses, consisting of a container with a temperature sensor and a control valve, pipelines with the required number of valves and valves connecting the installation units into a single water circuit, a centrifugal pump for circulating liquid along the water circuit of the installation, characterized in that on the suction pipe of the centrifugal pump, a removable passive cavitator-disperser is installed in the water circuit to heat the process fluid passing through it and grind the grain, on the inner cylindrical surface of which pins are mounted radially in a spiral, and on the outer surface of the cavitator-disperser a heating element is installed - a ceramic ring heater.